X. RADIACIÓN Y ENERGÍA
DURANTE los últimos diez o quince años el tema de moda en todo el mundo ha sido la energía. Alrededor de ella ha habido polémica, crisis, temor, predicciones fatalistas, búsqueda de otras fuentes, programas de conservación, elevación y caída de precios, inflación, políticas equivocadas, promesas, extrapolaciones, problemas políticos y todo lo que puede esperarse sobre un recurso indispensable para el desarrollo, pero mal distribuido, y en su mayoría no renovable. No vamos a unirnos a la polémica, sino a describir un tipo de energía que está íntimamente ligada a la radiación: la energía nuclear.
El sentir sobre la energía nuclear es una mezcla de esperanza y desconfianza, y tal vez nunca antes la implantación de una tecnología se ha visto más envuelta en dificultades e incomprensión. Esperanza porque se nos ha dicho que es una fuente casi ilimitada de energía, que podría satisfacer las demandas del desarrollo por miles de años. Desconfianza porque no podemos olvidar los estallidos de Hiroshima y Nagasaki en 1945 y porque los vaticinios sobre el tiempo que tardaría su aplicación resultaron demasiado optimistas. El hecho es que vale la pena averiguar todo lo posible sobre la energía nuclear, para poder tomar decisiones sobre su utilidad que sean basadas en conocimientos y hechos más que en supersticiones y confusión. La tecnología nuclear, como cualquier otra tecnología, tiene virtudes y defectos que habrá que ponderar. Hay predicciones que dicen que para el año 2050 habrá disminuido fuertemente el uso de petróleo y gas natural, por su costo y porque se comenzará a agotar. El carbón los podrá suplantar en parte (por cierto, México no cuenta con yacimientos importantes conocidos de carbón); pero la mayoría de la energía tendrá que provenir de otras fuentes, entre las cuales la nuclear es por el momento la única que ha demostrado ser viable y económica.
Hay más de 250 reactores nucleares en operación en todo el mundo y otros tantos en construcción, siendo los países que más los emplean los Estados Unidos, el Reino Unido, la URSS, Japón, Francia y la República Federal Alemana. En Francia, el 59% de la electricidad es de origen nuclear. Se ha acumulado ya suficiente experiencia en esos países para garantizar que el uso de la fisión nuclear sea factible, económico y seguro. México se sumará pronto a este grupo, pues se encuentra en construcción la planta de Laguna Verde, que tendrá dos reactores, cada uno de ellos de 650 megawatts (MW), o sea 6.5 X 108 watts. Se espera introducir el combustible al primero de ellos en 1986. Para poner en perspectiva el total de 1 300 MW, consideremos que será suficiente para mantener encendidos 13 millones de focos de 100 watts. Ésta es una cantidad considerable de energía, pero apenas una fracción de las necesidades, por ejemplo, del área metropolitana de la ciudad de México.
Ya sabemos que la operación de un reactor nuclear se basa en la fisión controlada de uranio, que al romperse su núcleo libera neutrones y dos fragmentos pesados que depositan su gran energía en forma de calor en los elementos combustibles y sus alrededores. La radiación, en este caso neutrones, produce la fisión y sostiene la reacción en cadena.
Los reactores de la planta nucleoeléctrica de Laguna Verde son de tipo de agua
hirviente. En ellos, el corazón del reactor (las barras de combustible con enriquecimiento
hasta de 2.45% de 235U) está dentro de una vasija con agua que hierve
produciendo vapor. Este vapor se suministra a las turbinas que producen la electricidad,
y luego se condensa para recircularlo y suministrarlo otra vez al reactor, en
un circuito cerrado. El condensador usa agua de mar directamente para enfriar
y condensar el vapor del circuito primario. La generación de electricidad por
la turbina es convencional, semejante a la de una planta termoeléctrica. La
figura 50 muestra las partes principales de estos reactores.
Figura 50. Diagrama de un reactor nuclear de agua hirviente. El combustible
de uranio enriquecido dentro de la vasija hace hervir el agua. El vapor que
produce mueve la turbina y el generador para extraer electricidad; luego cae
al condensador para ser enfriado y que se le haga circular por el reactor nuevamente.
Hay otros tipos de reactor nuclear. En los de agua a presión, ésta se encuentra directamente en contacto con el combustible. Se hace circular en forma líquida y se pone en contacto con un segundo circuito que produce vapor, que a su vez mueve los turbogeneradores. Existen también los reactores de agua pesada a presión, que usan uranio sin enriquecer. El refrigerante es agua pesada, rica en el isótopo pesado de hidrógeno, el 2H o deuterio. También usa un segundo circuito productor de vapor. Hay varios otros tipos según el combustible (natural o enriquecido), el moderador (agua, agua pesada o grafito), y el refrigerante (agua, vapor, gas, o metal líquido).
La decisión de los distintos países de usar energía nuclear se ve influida por una serie de circunstancias que incluyen costos, viabilidad técnica, disponibilidad de otras fuentes, seguridad, efecto en el medio ambiente y escala de tiempo, entre otras. Pueden darse algunos ejemplos muy sencillos. Japón casi no tiene fuentes propias de energía, y depende fuertemente de importaciones de petróleo. Éste y el gas natural, siendo no renovables, se terminarán en unas décadas, por lo que se deberá contar con otra fuente. Ya en la actualidad, casi el 25% de su electricidad es de origen nuclear. Los Estados Unidos tienen una vasta reserva de carbón que podría substituir al petróleo y al gas para producir electricidad por doscientos años más, aunque se tendrán que perfeccionar los métodos para aprovecharlo con eficiencia y limpieza. Aunque este país tiene el mayor número de reactores nucleares, sólo el 15% de su energía eléctrica proviene de ellos. El caso de México es más o menos claro. Actualmente usamos, exportamos y hasta derrochamos petróleo y gas natural. Dependemos de ellos para más del 80% de nuestra energía eléctrica (ni hablar del empleo para transporte). No tenemos carbón como substituto para dentro de unas décadas. La energía solar parece prometedora, pero aún no ha demostrado ser suficientemente barata y que se pueda usar masivamente. Las plantas hidroeléctricas y geotérmicas podrán aumentar en número, pero ni siquiera al ritmo de crecimiento de la demanda de energía. Parece ineludible que habrá que ir a la opción nuclear lo más pronto posible, pues instalar reactores y desarrollar tecnología nuclear no se logra en un día. Ya no estarán en juego la dependencia tecnológica o de recursos, sino la misma supervivencia y el desarrollo.
El costo de la energía nuclear es muy difícil de estimar, aunque sí es posible asegurar que ha resultado competitivo con otras fuentes de energía a los precios actuales, como lo han demostrado por lo menos dos países, Francia y Bélgica, que dependen de la energía nuclear para más de la mitad de su electricidad. La cantidad de energía que contiene un gramo de combustible enriquecido equivale a casi la de 3 toneladas de carbón. Con esta concentración de energía hay menos costo y dependencia de transporte (un vagón de ferrocarril en vez de tres millones de vagones); pero, en cambio, el proceso de extracción y refinación es más caro. A precios de 1980, el uranio era 4 veces más barato que el carbón y 12 veces más barato que el petróleo, por cada watt que puede producir. Sin embargo, el costo total de producción de energía no proviene sólo del combustible; hay inversión y gastos de operación y mantenimiento. En una planta nucleoeléctrica el combustible cuesta sólo una cuarta parte del total, mientras que en una termoeléctrica es como la mitad. En las plantas geotérmicas y las solares no se usa combustible; el costo es 85% de inversión y 15% de operación y mantenimiento.
La generación nuclear de electricidad tiene riesgos como cualquier otra industria. Estos riesgos tienen que ponerse en la balanza cuando se toman decisiones de cómo y dónde operar una planta. Sorprendentemente, la energía nuclear resulta de bajo riesgo comparada con otros métodos de generación de energía. Esto se debe en buena parte a que, siendo la industria más reciente, ha podido recoger la experiencia generada en otros sistemas e incorporarla en los diseños. En segundo lugar, las normas de seguridad han sido cada vez más estrictas en las plantas nucleares, por la presión que ha ejercido el público en general. En cada una de las etapas de la industria nuclear hay riesgos, como en toda otra actividad humana.
En la etapa de extracción y procesamiento del mineral el riesgo más importante es la respiración del radón, que tiende a acumularse en las minas subterráneas, lo cual, provoca a largo plazo un aumento en la incidencia de cáncer pulmonar en los mineros. Esto se disminuye con una ventilación apropiada. Debe siempre llevarse un registro de niveles de radiación y vigilancia médica del personal. En las minas a cielo abierto no se acumula el radón. En la producción de combustible nuclear se requiere procesar 20 veces menos toneladas de mineral que en el caso del carbón para producir la misma cantidad de energía. Esto en sí reduce los peligros ordinarios de la industria minera, que incluyen accidentes de trabajo y enfermedades pulmonares por respirar polvos y gases tóxicos.
En la operación normal de un reactor hay descarga de pequeñas cantidades de radiactividad al aire o al agua, en virtud de que los neutrones activan los materiales del derredor. Una vez identificado este problema, los diseños de las plantas actualmente aseguran que esta emanación no exceda la dosis de 5 mrem/año en los linderos de la planta. Recordemos que ésta es la dosis aproximada recibida en un vuelo trasatlántico. Resulta mínima si se compara con los problemas causados por las emanaciones rutinarias de las plantas termoeléctricas, en forma de humo, polvo y gases tóxicos, cuyos efectos en la población, por cierto, son muy difíciles de cuantificar, pero es clara su nocividad. En vista de la importancia de conocer la liberación de radiactividad en los alrededores de la planta de Laguna Verde, se tiene desde hace varios años un programa de registro rutinario en flora y fauna. Con estos datos podrá hacerse la comparación del nivel de radiactividad antes de la operación del reactor con el nivel cuando esté operando. Vale la pena mencionar que ésta es la primera vez en México que se hace un estudio a conciencia de los efectos en el medio ambiente de cualquier industria.
Hay otro producto que podríamos llamar contaminación en la operación de un reactor nuclear, en vista de que puede afectar la ecología de los alrededores. Se trata del calor producido en el agua de descarga que enfría los condensadores. La elevación de temperatura puede afectar las especies que viven en la zona, especialmente si la descarga es a un río o a un lago. En el caso de Laguna Verde, la descarga es al mar y los efectos serán en una región muy localizada. Todas las plantas generadoras descargan calor; las termoeléctricas generalmente lo hacen al aire.
Uno de los problemas sobre los que ha habido más discusión es cómo disponer del combustible usado, que queda altamente radiactivo. En la fisión del uranio, los dos fragmentos pesados que quedan son elementos radiactivos. Como hay una gran gama de ellos, las vidas medias son muy variadas, pero la mayoría tiene vida media corta, de modo que en unas cuantas horas han decaído. Algunos tienen vidas medias largas, entre los que destacan el 137Cs, el 90Sr y el 85Kr (30 años, 28.8 años, y 10.73 años, respectivamente). Como la actividad inicial es alta, estos desechos pueden tener niveles peligrosos de radiactividad por cientos de años. Se tiene que disponer de ellos de suerte que se garantice la seguridad no sólo en la actualidad, sino también en el futuro. Otro elemento que se encuentra presente es el plutonio (239Pu), formado no por la fisión del uranio, sino porque éste absorbe neutrones. El 238U, el isótopo más abundante, puede absorber un neutrón de los que mantienen la reacción en cadena, y así se transforma en 239U, que decae por emisión b a neptunio (239Np), y éste a su vez a 239Pu. Como el 239Pu es fisionable, hay una ventaja en separarlo químicamente del resto de los desechos para usarlo como combustible. Su vida media es de 24 400 años.
Generalmente las barras usadas de combustible de un reactor se guardan un tiempo en la misma planta bajo agua para enfriarlos y absorber radiación hasta que han decaído los elementos de vida media corta. Luego se transportan a plantas de reprocesamiento, donde se separan el plutonio y el uranio no gastado, y el resto se concentra. Los desechos concentrados de la operación de un año de un reactor de 1 000 MW ocupan 2 m³, en contraste con los miles de millones de toneladas anuales de desechos agrícolas, industriales y mineros, basura y demás desechos municipales que producimos. Obviamente el problema no radica en el volumen, sino en las características especiales de los desechos: alta radiactividad y persistencia. En un principio se echaban al mar para que se diluyeran y perdieran efectividad, pero en la actualidad se prefiere encapsularlos en vidrio o en tanques de acero inoxidable para luego almacenarlos en depósitos especiales subterráneos, libres de humedad y con gran estabilidad a largo plazo. La tecnología de desechos radiactivos merece la máxima atención, pues no se debe olvidar que es un problema que, aunque tiene solución, van a heredar nuestros descendientes durante cientos o miles de años.
El aspecto que más temor inspira es la posibilidad de un accidente violento en un reactor nuclear. Hasta se ha dramatizado en una película. Lo primero que hay que hacer notar es que un reactor nuclear no es una bomba. Por su diseño para mantener una reacción en cadena controlada, no pueden darse las condiciones de una bomba nuclear, en que el material fisionable se comprime rápidamente a una masa densa. Una vez establecido que los reactores no pueden producir una explosión nuclear, veamos el tipo de accidente que podría suceder, y contra el cual están diseñados los sistemas de seguridad que son parte fundamental de toda planta nuclear.
En el caso de pérdida accidental del fluido enfriador de un reactor nuclear, la temperatura comenzaría a aumentar. Cuando sucediera esto, se introducirían las barras de control para suspender la reacción en cadena y detener la fisión. La temperatura no bajaría de inmediato a causa de la alta radiactividad del combustible, así que habría el peligro de que los elementos combustibles se sobrecalentaran y luego se fundieran, cayeran al fondo de la vasija y tal vez la perforaran. De suceder esto, dependiendo del diseño del edificio, es posible que hubiera una expulsión de gases radiactivos; los líquidos y sólidos quedarían allí hasta que bajara la temperatura.
Como el accidente está bien tipificado, los reactores y sus edificios están especialmente diseñados para, por un lado, impedir que esto suceda y, por el otro, en caso de suceder, evitar que pueda haber daño a la población. Sistemas rígidos de control de calidad, circuitos alternativos de enfriamiento, diseños altamente conservadores, barreras múltiples, duplicación de sistemas de seguridad, procedimientos de emergencia: con todo esto se cuenta para prever cualquier contingencia que pueda suceder. De todas las industrias, la nuclear es la que tiene sistemas de seguridad más rigurosos. En consecuencia, se estima que la probabilidad de un accidente de consecuencias mortales en una planta nuclear es mucho menor, por ejemplo, que el peligro de accidentes de aviación. Para gente que vive en la proximidad de una planta nuclear, es más probable que muera fulminada por un rayo que por un accidente en la planta.
Hasta la fecha ha habido accidentes de este tipo en reactores de plantas nucleoeléctricas, pero no ha habido una sola muerte en consecuencia.1 El caso más conocido y reciente ha sido el reactor de Three Mile Island, en que falló una bomba en 1979, lo cual dio lugar a una serie de acontecimientos que culminaron en la destrucción parcial del corazón del reactor y el escape de algunos gases radiactivos. Se dio amplia difusión alarmista al hecho a pesar de que no hubo muertos ni lesionados, ni se requirió evacuar la zona, y las dosis recibidas por el escape de gases radiactivos fueron del orden 100 mrem. Fue una dura pero afortunada prueba de la seguridad de una planta nuclear, si bien hubo ciertas fallas que nunca debieron suceder. Es interesante cómo ha habido tanta oposición al uso de plantas nucleoeléctricas, a pesar de ser una de las industrias más seguras que hay, o tal vez la más segura. Recordemos el caso de Ixhuatepec, México (más de 500 muertos por una explosión de gas combustible), y el de Bhopal, India (más de 2 500 muertos por una fuga de gas tóxico).
Una opción fascinante que nos brinda la energía nuclear es la posibilidad de resolver el problema energético por miles de años, usando reactores de cría que producen más combustible del que consumen. Aunque esto suene disparatado, es una realidad tanto en concepto como en ejecución, pues hay varios reactores de cría en el mundo produciendo electricidad. Están diseñados para provocar la absorción de neutrones por parte del 238U, que da lugar a 239U, 239Np, y 239Pu, éste último fisionable y de vida media larga. El plutonio creado por este proceso en las barras de combustible después se separa de las barras usadas, para emplearse en nuevas barras. De esta manera es posible aprovechar todo el uranio, no sólo el 235, que es fisionable pero poco abundante.
Esta panacea no está libre de problemas, y ha habido mucha polémica sobre si conviene construir reactores de cría o no. La dificultad principal es política y no técnica. El plutonio sirve también para hacer bombas y se teme que si no existe un estricto control en los combustibles y su reprocesado, podrían caer en manos irresponsables y crear peligros a todo el mundo. De hecho, ya hay grandes arsenales nucleares apuntados de unos países de otros. Algunos reactores han sido construidos expresamente para producir plutonio con fines bélicos, y no para producir electricidad. El manejo y almacenamiento de plutonio en sí tiene problemas, pues además de su gran potencial energético, es un material altamente tóxico.
He aquí una tecnología conocida y probada (Estados Unidos, Inglaterra, Rusia, Francia, Alemania, Japón y la India), que podría ayudarnos por miles de años, pero cuyas características especiales impiden que se puedan extender sus beneficios. Los países en desarrollo son de hecho los más alejados de ellos; pues, tratándose de alta tecnología en todos sus pasos (diseño del reactor, separación del plutonio, métodos de control, etc.), se carece de la experiencia y la organización para llevarlos a cabo. Los países poderosos no fácilmente van a ceder su hegemonía; así que no sería difícil que, de llegar algún día a una economía de reactores de cría, los subdesarrollados tengan que seguir comprando tecnología y tal vez hasta electricidad.
La energía solar es en realidad nuclear, pues son reacciones nucleares de fusión en el Sol las que lo han mantenido encendido por millones de años. Las reacciones de fusión, inversamente a las de fisión, producen energía cuando dos núcleos ligeros se funden para formar uno más pesado. Muchos elementos ligeros pueden producir reacciones de fusión, siendo unas importantes 2H + 2H ñ 3He + n, y 2H + 3H ñ 4He + n. En vista de que el hidrógeno y aún el isótopo pesado deuterio (2H) existen en grandes cantidades en la Tierra, de lograr provocar y controlar estas reacciones en número suficiente, tendríamos una fuente energética prácticamente inagotable.
Para lograr esto hay que inducir las reacciones nucleares con los proyectiles viajando a alta velocidad, como sucede en el Sol. Un acelerador modesto lo permite, pero en cantidades limitadas, y no suficientes para poder extraer energía. Para simular las condiciones del Sol, los proyectiles deben tener velocidades correspondientes a temperaturas de 100 millones de grados. Como ningún material podría sostener estas temperaturas, se ha ideado una "botella magnética" sin paredes, donde un campo magnético confina un plasma. Durante ya varias décadas se ha realizado un esfuerzo importante para lograr el primer reactor de fusión rentable (que genere más energía de la que consume); pero el problema es técnicamente tan complicado que, a pesar de que ha habido avances, todavía no se logra el objetivo. Otra estrategia que se ha experimentado es iluminar el combustible con rayos láser uniformemente por todos lados, para comprimirlo súbitamente a altas densidades y altas temperaturas.
Siendo tal vez el desarrollo más complicado que jamás se haya intentado, por la alta tecnología, sólo los países sumamente desarrollados tienen la técnica y los recursos para investigar la fusión controlada. Si se logra, no será antes del año 2020 cuando pueda producirse electricidad. Cuál será el costo es muy difícil de predecir, pues aún no se tiene ni un prototipo, ni se sabe si realmente competirá con otras fuentes energéticas que pueda haber en ese tiempo. En todo caso, parece ser que por lo menos durante un tiempo será la fuente energética de los países desarrollados.
NOTAS
1 Al entrar este libro a impresión sucedió un accidente en un reactor nuclear en Chernobyl, cerca de Kiev, URSS. Se habla de una veintena de muertos, pero los detalles no se han dado a conocer. La nube de gases radiactivos fue detectada en Escandinavia.
